Prinsip Dasar Perancangan Pondasi & Parameter Tanah

(1)

P

rinsip Dasar dalam Perancangan

Pondasi dan Parameter Tanah

untuk Desain

Disusun oleh:

Suhermanto, ST.MT.

Dayu Apoji, ST.

Yanita Surya, ST.

Laboratorium Mekanika Tanah ITB

Telp : 022-2511187

(2)

PRINSIP UMUM

PERENCANAAN FONDASI

DEFINISI UMUM:

Fondasi adalah suatu konstruksi bagian dasar bangunan yang berfungsi meneruskan beban dari struktur atas ke lapisan tanah di bawahnya.

• Keruntuhan geser

• Deformasi yang berlebihan

(3)

BEARING CAPACITY FAILURE

(4)

DIFFERENTIAL SETTLEMENT

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

Settelement of Building Supported by Shallow Foundation

(10)

PEMBAGIAN JENIS FONDASI:

1. Fondasi Dangkal → lapisan tanah keras dangkal

• Fondasi tapak (segi empat, lingkaran) • Fondasi menerus

(11)

2. Fondasi Dalam → lapisan tanah keras dalam

• Fondasi tiang pancang

• Fondasi sumuran (dengan dan tanpa casing) • Fondasi caisson

(12)

2. Fondasi Dalam → lapisan tanah keras dalam

(13)

KRITERIA PERENCANAAN FONDASI:

Daya dukung sistem fondasi harus lebih besar daripada beban yang bekerja pada fondasi Penurunan yang terjadi akibat pembebanan tidak

melebihi dari penurunan yang diijinkan Deformasi lateral yang terjadi tidak melebihi

(14)

HAL-HAL YANG BERPENGARUH TERHADAP DAYA DUKUNG DAN PENURUNAN SISTEM FONDASI:

1. Kondisi pelapisan tanah dasar tempat fondasi bertumpu

2. Fondasi: bentuk, dimensi, dan elevasi 3. Beban Fondasi

(15)

(16)

Kuat Geser Tanah



Kenapa untuk tanah digunakan Kuat

Geser?



Kenapa bukan kuat tarik, atau kuat

(17)

Kriteria Keruntuhan Mohr-Coulomb

Mohr (1900):

Material (tanah) mengalami keruntuhan akibat kombinasi tegangan normal dan tegangan geser, bukan hanya akibat

tegangan normal saja atau tegangan geser saja.

(18)

Kriteria Keruntuhan Mohr-Coulomb

Kriteria Keruntuhan Mohr-Coulomb: Selubung keruntuhan berupa garis lengkung. Untuk permasalahan mekanika tanah, garis lengkung

tersebut dapat didekati dengan garis lurus.

τ_f = c + σ tan φ dimana:

c = kohesi tanah

(19)

σ

τ

= s

s = c +

σ φ

tan

_φ

(20)

BAGAIMANA CARA

MENGUKUR NILAI C DAN PHI

TANAH UNTUK MENGETAHUI

KEKUATAN GESERNYA?

(21)

(22)

σ = normal stress = normal force

are of cross-section of the sample

τ = shear strength = resisting shear force

(23)

Where σ’ = effective normal stress on plane of shearing

c = cohesion, or apparent cohesion φ = angle of friction c τ σ s = c + σ’ tan φ φ x x x x x

(24)

(25)

C

Pasir

(26)

Triaxial Testing:



CD Consolidated Drained



CU Consolidated Undrained

(27)

(28)

(29)

KOMPRESIBILITAS

TANAH

(30)

(31)

(32)

Settelement of Building Supported by Shallow Foundation

(33)

(34)

∆σ Seluruh dipikul air ∆σ Seluruh dipikul Tanah ∆σ ∆σ ∆σ U + ∆σ U S pegas (tanah) kecepatan air ditentukan permeabilitas air 0 0 ∆σ 0

PEMODELAN KONSOLIDASI PRIMER

Akibat pertambahan beban  _{kenaikan tekanan air pori}

(35)

(36)

(37)

Persamaan untuk Menghitung Penurunan Konsolidasi (Normally Consolidated Clay)

Dimana,

p₀ = tekanan efektif akibat berat sendiri

∆p_av = tambahan tekanan efektif akibat beban diatas lapisan kompresible e₀ = initial void ratio

C_c = compression index H_c = tebal lapisan lempung

o av o o c c ₁H_e logp _pΔp C + + Settl =

(38)

INVESTIGASI DI LAPANGAN

ASTM D420 - Standard Guide to Site Characterization for Engineering Design and Construction Purposes

(39)

(40)

INVESTIGASI TANAH UNTUK PERENCANAAN FONDASI:

1. Test pit

2. Boring (tangan atau mesin) 3. CPT (sondir)

4. SPT (Standard Penetration Test)

5. Sampling: Undisturbed (UDS) dan Disturbed (DS) Sample

(41)

(42)

Jenis Hammer Cara uji SPT

C (t/m2) = 2/3 N

N-SPT = Jumlah pukulan untuk memasukkan split spoon sedalam 30 cm

(43)

Silty Fine Sand, Greyish Brown

Silty Coral Rock few Sand, wheteish Grey

Silty Coral Rock few shell fragment, whiteish

6 2 5 4 8 7 8 11 6 18 16 11 4 11 11 20 9

(44)

Faktor Koreksi N – SPT Lapangan sesuai dengan Metoda Pelaksanaan Test:

Countr Hammer Type

Hammer Release Estimated Rod _{Energy (%)} Correction Factor fo_{60% Rod Energy} r

Donut Free Fall 78 78/60 = 1.30 Japan _Donut _{Rope an Pulley with}

special throw release

67 67/60 = 1.12

Safety Rope and Pulley 60 60/60 = 1.00 US

Donut Rope and Pulley 45 45/60 = 0.75 Argentina Donut Rope and Pulley 45 45/60 = 0.75 Safety Rope and Pulley 60 60/60 = 1.00 US

Donut Rope and Pulley 45 45/60 = 0.75 Argentina Donut Rope and Pulley 45 45/60 = 0.75 Donut Free Fall 60 60/60 = 1.00 China

Donut Rope and Pulley 50 50/60 = 0.83

Harga N free fall tidak perlu dikoreksi krn menjadi standard

(45)

Relationship between Cohesion and N-Value (Cohesive soil)

(46)

Relationship between Angle of Internal Friction and N-Value (Sandy Soil)

(47)

(48)

(49)

Grafik CPT

CONE PENETRATION TEST

Location : km 251+900 Date :25 July 2006 No. : S2 Ground Elev. :

Tested by : G.W.L : -20.00 -15.00 -10.00 -5.00 0.00 0 20 40 60 80 D e pt h ( m ) -20.00 -15.00 -10.00 -5.00 0.00 0.00 2.00 4.00 6.00 Friction ratio (%) C (kg/cm2) Local Friction (kg/cm)*10 Total Cummulatif Friction / 10

(50)

Robertson & Campagnella, 1983

Fr = f

(51)

Penentuan Nilai Kohesi (c) dari Hasil CPT

(

)

20 kg/cm

q

)

(kg/cm

2 c 2

=

c

(

)

2 kg/cm

q

)

(t/m

2 c 2

=

c

(52)

Penentuan Nilai Sudut Geser Dalam (φ) dari Hasil CPT

(53)

(54)

Sharing Experience

Disusun oleh:

Endra Susila, Ph.D. & Suhermanto,

ST.

Prodi Teknik Sipil

(55)

Desain Fondasi Jembatan KA

KM 329+005 - Km 349+541,

Patuguran - Purwokerto,

Lintas Cirebon Kroya

(56)

Tahapan Disain Pondasi:

1. Penyelidikan Tanah

2. Penyusunan Profil Tanah dan

Parameter untuk Disain

3. Perhitungan Kapasitas Daya Dukung

Pondasi

4. Pengujian Beban Lapangan 5. Analisis Pondasi Group

6. Analisis Penurunan Pondasi Group 7. Analisis Stabilitas Lereng

(57)

(58)

(59)

(60)

Tahapan Disain Pondasi:

Pondasi

(61)

Tujuan Penyelidikan Tanah

1. Untuk Mengetahui Tipe Perlapisan

Tanah

:

a) Lapisan Pasir

b) Lapisan Lempung

c) Berlapis-lapis Lempung dan Pasir

2. Memperkirakan Parameter-Parameter

untuk Disain

:

a) Parameter Kekuatan Tanah

b) Parameter Rigidity (kekakuan) and Compressibility

(62)

Metoda utk Penyelidikan Tanah:

Deep Boring + Standard Penetration Test (SPT) + Undisturbed Sampling Cone Penetration Test (CPT)

(63)

(64)

(65)

(66)

Jenis Hammer Cara uji SPT

C (t/m2) = 0.6 x N

N-SPT = Jumlah pukulan untuk memasukkan split spoon sedalam 30 cm

(67)

(68)

(69)

(70)

(71)

Taking Out Disturbed Sampler from

Split Spoon Sampler

(72)

Disturbed Sample inside Split

Spoon Sampler

(73)

(74)

(75)

(76)

(77)

(78)

(79)

Relationship between Cohesion and N-Value (Cohesive soil)

(80)

INTERPRETASI DATA SPT

(81)

(82)

(83)

(84)

Friction Ratio (FR) = f_s q_c x 100% F_s f_s= F_s A_s

Sleeve (or side) friction

A_s= 150 cm2

Q_t q_c=

Q_t A_t

Tip (or cone) bearing

(85)

(86)

(87)

Menentukan Tipe Tanah Berdasarkan Grafik Robertson & Campanella

Menentukan Nilai Parameter Kuat Geser Tanah Lempung, Kohesi (c)

dengan Rumus Korelasi

c (t/m2₎ _{= q}

c(kg/cm2) / 2

c (kN/m2₎ _{= 5qc(kg/cm}2₎

INTERPRETASI DATA SONDIR

Menentukan Nilai Parameter Kuat Geser Tanah Pasir, Sudut

Geser Dalam (φ) dengan Grafik

σ V ERTICA L EFFE CTIV E S TRE S S , , b ar s

CONE BEARING, q , bars

'vo

(88)

Robertson & Campanella (1983)

FR = 1.2 % Sand

q_c/p_a = 130

(89)

(90)

σ_vo_{’ = 160 kPa} q_c = 13 MPa φ_{’ = 40}o Robertson & Campanella (1983)

(91)

(92)

Sondir

C = qc / 20 C (kg/cm2) = qc(kg/cm2) / 20 C (t/m2) = qc(kg/cm2) / 2 q_c f

(93)

Tahapan Disain Pondasi:

Pondasi

8. Pengalaman Pengecoran Bored Pile di

(94)

INTERPRETASI DATA SPT

Menentukan Nilai Parameter Kuat Geser

Tanah Lempung, Kohesi (c)

Berdasarkan Grafik

Menentukan Nilai Parameter Kuat Geser

Tanah Pasir, Sudut Geser Dalam (φ) Berdasarkan Grafik

(95)

BH-1285 (B1) 9/30 5/30 30/30 45/30 84/30 80/30 53/30 40/30 51/30 61/30 60/30 60/15 60/15 BH-1285 (B2) 10/30 35/30 52/30 58/30 61/30 60/15 60/10 BH-1285 (B3) 11/30 35/30 45/30 47/30 60/30 60/30 85/30 60/10 BH-1285 (B4) 11/30 12/30 40/30 60/15 42/30 44/30 61/30 60/15 60/15 60/15

BH-1285 CLAY TUFFACEOUS CLAY COMPLETELY WEATHERED BRECCIA

HASIL: Profil Tanah u/ Desain

7 2 75 7 3 00 7 3 25 7 350 0 100 0 125 1285-B1 1285-S2 1285-S3 1285-S4 1285-B4

(96)

Tahapan Disain Pondasi:

Pondasi

(97)

Daya Dukung

Pondasi Dangkal

(98)

Metoda Perhitungan

Pondasi Dangkal

(99)

POLA KERUNTUHAN TERZAGHI

(100)

(101)

(102)

(103)

(104)

Tabel 3.1 Faktor Daya Dukung Terzaghi – Pers.(3.4), (3.5), dan (3.6)

φ N_c N_q N_γa φ N_c N_q _N

(105)

(106)

DAYA DUKUNG AKSIAL PONDASI TIANG

SKIN FRICTION

END BEARING

Q_u = Q_s + Q_p

Q_u = Daya Dukung Aksial Ultimit Qs = Daya Dukung Skin Friction Qp = Daya Dukung End Bearing

(107)

Faktor Adhesi

(α)

pada Tanah Kohesif untuk

“Tiang Bor” :

1. Reese and Wright, 1977 :

Manurut Reese dan Wright koefisien α untuk bored pile adalah 0.55

2. Kulhawy, 1984

(kN/m )

Undrained Shearing Resistance, s (tsf)

Ad he sio n f ac tor ( ) α

Tomlinson, 1957 (concrete piles)

65 U 8 41 C load tests = 0.21+0.26 p /s (<1) u α _a _u Shafts in compression Shafts in uplift 2 Data group 1 Data group 2 Data group 3 Data group 3 Data group 2 Data group 1

(108)

Faktor Adhesi

(α)

pada Tanah Kohesif untuk

“Tiang Bor” :

3. Reese and O’Neil, 1988 :

Undrained Shear Strength, S_u Value of α < 2 tsf 2 – 3 tsf 3 – 4 tsf 4 – 5 tsf 5 – 6 tsf 6 – 7 tsf 7 – 8 tsf 8 – 9 tsf > 9 tsf 0.55 0.49 0.42 0.38 0.35 0.33 0.32 0.31 Treat as Rock

(109)

Skin Friction for Sandy Material

Rojiani, Duncan and Barker (1991)

(110)

Q_u = Q_p + Q_s

Metoda Perhitungan Pondasi Dalam:

Daya Dukung Aksial

(111)

Daya Dukung Tiang Bor

τ

q_p Clay Sand α C Kulhawy, 84 Reese, 88 0.20 – 0.32 N (Quiros+Reese, 77 Wright+Reese, 77) 9 C 7-13 N (t/m2) < 400 (t/m2) (Reese+Wright, 77)

P

_ult

= 2

π

r

Σ ∆

l

τ

+ Α

q

_p Friksi End Bearing

(112)

Faktor Adhesi (α) Pada Tanah Kohesif untuk Tiang Bor (Kulhawy, 1984)

(kN/m ) Undrained Shear Strength, c

A dhe si on fa ct or ( ) α u 2

(113)

DAYA DUKUNG AKSIAL IJIN

Rumus-rumus perhitungan dan contoh soal di atas merupakan metode analisis untuk menghitung daya dukung aksial ultimit pondasi tiang (Q_ult). Untuk mengetahui besarnya daya dukung aksial ijin (Q_ijin) yang juga merupakan besarnya beban yang boleh bekerja pada pondasi tiang, maka diperkenalkan suatu konsep ANGKA KEAMANAN (SF).

Terdapat beberapa kriteria mengenai SF ini. Namun pada prinsipnya, hubungan antara Q_ult, Q_ijin, dan SF adalah seperti dalam persamaan berikut ;

SF

Q

_ijin

=

ult

(114)

(115)

(116)

Fill material

Soft soil,

Consolidating soil

(117)

Tahapan Disain Pondasi:

Pondasi

(118)

COMPRESSION LOADING TEST

(ASTM D-1143)

(119)

PENGUJIAN LAPANGAN

(FIELD LOADING TEST)

(120)

(121)

(122)

(123)

(124)

(125)

Tahapan Disain Pondasi:

Pondasi

(126)

Tampak Atas

Tampak Sampi ng Tampak Depan

(127)

Apabila beban struktur atas besar, maka diperlukan sistem pondasi yang kuat dan kaku berupa satu kesatuan grup pondasi tiang yang tersusun atas beberapa buah pondasi tiang

(128)

Daya Dukung Tiang Tunggal

(129)

(130)

n 1 2 3 4 P 1 2 3 m

PENENTUAN JUMLAH TIANG

Jumlah tiang = m x n

Jumlah tiang yang diperlukan = m x n =

η= faktor efisiensi grup tiang

P_{ijin tiang tunggal} =

tunggal tiang ijin cap) pile P x η atas di ( P SF

(131)

   (P/m) akibat P V =P (P/m) n = n x m P (M/m) α  V = V = V =    _   

P terbesar dalam grup tiang

= V_pt + V_m3

< P_ijintiang tunggal Beban Aksial Terbesar dalam Grup Tiang Akibat Beban Vertikal dan Momen

∑ ∑ ∑ ∑ = α α = α = = 2 i 2 i i i i Mi m 2 M . 2 . 2 V 2 m M      3 m 2 M m . n P . m . n P 2 i 3            + = α + = ∑

(132)

M=12000 tm P=1800 ton 4 m 1  =2.0m 2  = 6.0 m 3= 10 m α 1200 ton V = 1800 ton 1800 P 6 x 4 = 75 ton α α 2 6 10 4 m 4 m 4 m 4 m

P terbesar dalam grup = 75 + 11 = 86 ton

140 ( ) { } 07 . 1 ) 10 6 4 1200 ) 10 6 1200 10 x 6 x 2 x 2 4 1200 2 2 2 2 2 2 2 = + + = α + + α = α + α + α = (2 x 2 x (2 x 2 x 4 2 2 11 7 . 10 10 x 07 . 1 . V_M₃ =α₃ = = ≈

(133)

M M 1 2 V_M2 V_M1 V_P M M 1 2 P P

AKIBAT VERTIKAL DAN MOMEN DALAM DUA SUMBU

(134)

Tahapan Disain Pondasi:

Pondasi

(135)

PENURUNAN GRUP TIANG

(136)

SETTLEMENT OF PILE GROUP

Group Effect

Dominan Friksi

(137)

TRANSFER BEBAN PADA GROUP TIANG

(Tomlinson, 1977) Seluruhnya pada

tanah lempung

Ujung tiang pada tanah keras Bagian atas ditanah lunak,

(138)

D 2/3 D

1:4 1:4

(139)

∆

p?

(140)

Settlement Analysis

(141)

(142)

∆σ Seluruh dipikul air ∆σ Seluruh dipikul Tanah ∆σ ∆σ ∆σ U + ∆σ U S pegas (tanah) kecepatan air ditentukan permeabilitas air 0 0 ∆σ 0

PEMODELAN KONSOLIDASI PRIMER

Akibat pertambahan beban  _{kenaikan tekanan air pori}

(143)

(144)

PERSAMAAN UNTUK MENGHITUNG PENURUNAN KONSOLIDASI (NORMALLY CONSOLIDATED CLAY)

o av o o c c p p p log e 1 H C + ∆ + dimana,

p₀ = tekanan efektif akibat berat sendiri ∆p_av = tambahan tekanan efektif akibat

beban diatas lapisan kompresible e₀ = initial void ratio

C_c = compression index H_c = tebal lapisan lempung

(145)

Settlement Analysis

(146)

Calculation of Consolidation Settlement (STA 0+490) γ ' σ_'b σ_'m ∆σ σ1 =σo+∆s Cc eo ∆s (t/m3) (t/m2) (t/m2) (t/m2) (t/m2) (m) 1 0.0 - 3.0 3.0 2 3.0 - 6.0 3.0 3 6.0 - 9.0 3.0 4 9.0 - 11.6 2.6 5 11.6 - 12.9 1.3 6 12.9 - 17.0 4.1 7 17.0 - 24.0 7.0 8 24.0 - 26.5 2.5 9 26.5 30.0 3.5 10 30.0 - 33.0 3.0 0.7 2.1 1.1 4.04 5.1 0.05 0.6 0.06 11 33.0 - 36.0 3.0 0.7 4.2 3.2 3.03 6.2 0.05 0.6 0.03 12 36.0 - 39.0 3.0 0.7 6.3 5.3 2.36 7.6 0.05 0.6 0.02 13 39.0 - 42.0 3.0 0.7 8.4 7.4 1.89 9.2 0.05 0.6 0.01 14 42.0 - 44.0 2.0 0.7 9.8 9.1 1.65 10.8 0.07 0.55 0.01 15 44.0 - 46.0 2.0 0.7 11.2 10.5 1.46 12.0 0.07 0.55 0.01 0.13 AB Value Correction 0.7 0.09 No. Depth Tebal

Lapisan (m) Settlement (m) Settlement (m) 31.5x0.7=22.05 34.5x0.7=24.15 37.5x0.7=26.25 40.5x0.7=28.35 43.0x0.7=30.10 45.0x0.7=31.50 σo” 26.09 27.18 28.61 30.24 31.75 32.96 0.007 0.005 0.004 0.003 0.002 0.002 0.023

(147)

Tahapan Disain Pondasi:

Pondasi

(148)

(149)

5. 00 m 5. 00 m 6.30 m 5.00 m 7.00 m

UNTUK FONDASI DANGKAL: UNTUK

MENGINVESTIGASI DAMPAK PENGGALIAN TERHADAP KESTABILAN TANAH PADA FONDASI EXISTING

(150)

Analisis Kestabilan Lereng: Limit Equilibrium Method

SF =

M_resistance M_driving

(151)

Analisis Kestabilan Lereng:

Safety Factor of Material’s Parameter

an keseimbang kondisi mencapai untuk dibutuhkan yang tersedia yang maksimum

S

SF

=

r r

c

SF

φ

σ

φ

σ

tan

⋅

+

⋅

+

=

(152)

Acuan Angka Keamanan Lereng

Cost and Consequences of Slope Failure

Uncertainty of Strength Measurements

Small Large

Cost of repair comparable to cost of construction.

No danger to human life of other property if slope fails. 1.25 1.5

Cost of repair much greater than cost of construction,

or danger to human life of other valuable property if slope

fails. 1.5

2.0 or greater

(153)

Acuan Angka Keamanan Lereng

UNITED STATES (D’APPOLONIA CONSULTING ENGINEERS, INC., 1975

SUGGESTED MINIMUM SF WITH HAZARD

POTENTIAL

HIGH MEDIUM LOW

Designs based on shear strength parameters measured in the

laboratory 1.5 1.4 1.3

Designs that consider maximum seismic acceleration

(154)